華中科技大學化學與化工學院夏寶玉教授團隊利用回收的廢舊電池將二氧化碳轉(zhuǎn)化為具有高經(jīng)濟價值的甲酸，并打破多項世界紀錄。1月31日，團隊研究成果“質(zhì)子交換膜系統(tǒng)中持久的CO2轉(zhuǎn)化”在《自然》刊發(fā)。
在電解二氧化碳獲得的二十余種產(chǎn)物中，甲酸在燃料電池、醫(yī)藥領(lǐng)域等都有廣泛用途。高效獲得高純甲酸，不僅能夠消耗二氧化碳，還能創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟效益。夏寶玉團隊歷時近五年，創(chuàng)建了質(zhì)子交換膜二氧化碳電解系統(tǒng)，讓甲酸的生成率超過93%，并能連續(xù)穩(wěn)定運行5000小時以上，在多項指標上打破世界紀錄。
當前電催化二氧化碳還原技術(shù)中，研究者使用的電解液大多呈堿性，相當一部分二氧化碳會被堿性電解液吸收并生成大量碳酸鹽在電極表面沉積，大幅降低轉(zhuǎn)化效率和壽命。
采用酸性電解液就能夠極大提升轉(zhuǎn)化效率。團隊主要成員房文生不斷嘗試，巧妙地利用回收來的廢舊電池獲得了一種鉛基耐酸腐蝕的二氧化碳還原電催化劑。全新的反應機理讓二氧化碳在電解過程中只產(chǎn)生甲酸和少量氫氣的同時，還實現(xiàn)了極高的轉(zhuǎn)化效率。
團隊發(fā)現(xiàn)借助水來完成氧化反應會生成陽極副產(chǎn)物，腐蝕系統(tǒng)中關(guān)鍵部件——質(zhì)子交換膜，進而影響整個電解體系的性能與壽命。在能源化學領(lǐng)域多年的研究經(jīng)驗讓夏寶玉產(chǎn)生了“以氫氣替換水”的想法。這不僅有效避免了質(zhì)子交換膜的腐蝕，大幅提高穩(wěn)定性和使用壽命，還極大地減少了系統(tǒng)的耗電量，團隊收獲了意想不到的效果。解決種種困難后，團隊對反應器件構(gòu)造進行優(yōu)化設計，最終實現(xiàn)了在3.6V槽壓下20A電流的低能耗高效益電解反應，并能夠連續(xù)運行5000小時以上。
團隊設計的二氧化碳電解反應器能在高效穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)上實現(xiàn)面積與產(chǎn)量的40倍放大。按照當前市場成本估計，每電解產(chǎn)生1噸甲酸將獲得244美元盈利，并有望實現(xiàn)工業(yè)化應用。
這無疑是“城市礦山”重要部分，變廢為寶。我雖然看不太懂，但是我關(guān)注這張照片，這是“跟著老師去創(chuàng)業(yè)”的新案例。好像還有一位留學生。
在老師的兩邊，有副教授、講師、博士、碩士，甚至本科生。當老師的成果進入市場之后，這些學生就是得力助手，擴大產(chǎn)能的技術(shù)方代表。技術(shù)入股的技術(shù)專家。而且可以走向世界。不用花一分錢，就可以擁有股份。
質(zhì)子交換膜一詞，讓我想到華科的另外一件事。
作為實驗室研究和工業(yè)化生產(chǎn)之間的中間環(huán)節(jié)，中試被視為科技成果成功轉(zhuǎn)化的“最后一公里”。
2022年6月，武漢經(jīng)開區(qū)與華中科技大學共建未來技術(shù)創(chuàng)新研究院，聚焦智能制造、新材料、新能源、數(shù)字經(jīng)濟等產(chǎn)業(yè)，推動創(chuàng)新鏈和產(chǎn)業(yè)鏈深度融合。一年后，該研究院協(xié)助20個科技成果轉(zhuǎn)化項目團隊完成設備搬遷、新設備采購、中試生產(chǎn)線搭建及調(diào)試工作。
到2023年7月，固態(tài)鋰電池關(guān)鍵技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化項目、金屬增材制造粉末設計制備及產(chǎn)業(yè)化項目、高能量密度磷酸錳鐵鋰復合正極項目等5條中試生產(chǎn)線也順利點火、試生產(chǎn)。2023年底可完成14條中試生產(chǎn)線的搭建和運轉(zhuǎn)，并產(chǎn)生一批高質(zhì)量科研成果，孵化一批高質(zhì)量企業(yè)。
其中，在2023年1月，華中科技大學多功能導體隔膜中試及產(chǎn)業(yè)化項目正式入駐武漢經(jīng)開區(qū)未來技術(shù)創(chuàng)新研究院中試基地，并開始進行產(chǎn)線搭建，起跑科技成果轉(zhuǎn)化“最后一公里”。
據(jù)項目團隊負責人、華中科技大學教授朱文介紹，該項目具有廣闊的市場應用前景，對解決當前鋰離子電池的安全問題和提升電池的電化學性能具有重要意義。近年來，朱文教授科研團隊不斷攻克超離子導體固態(tài)電解質(zhì)技術(shù)瓶頸，實現(xiàn)了離子電導率跨越式數(shù)量級突破，并率先開發(fā)出第三代微納陶瓷超離子導體隔膜，全面取代現(xiàn)今商業(yè)化的有機高分子隔膜，產(chǎn)品覆蓋消費電子產(chǎn)品、汽車動力電池、儲能電池等領(lǐng)域。
2022年10月簽訂入駐協(xié)議后，項目團隊立即開展公司注冊、中試產(chǎn)線場地規(guī)劃設計、電池廠調(diào)研、設備定制等前期籌備工作。一年前，項目已完成新公司注冊、中試產(chǎn)線設計和施工方案編制等工作。“按照計劃，這個項目的中試生產(chǎn)線預計2024年上半年建成投產(chǎn)?！表椖客懂a(chǎn)后，可年產(chǎn)正極材料30噸、導體隔膜15噸。
就是這張照片，讓我提出了“跟著老師創(chuàng)業(yè)”的觀點。講課中經(jīng)常用到。
